Memori
Tim Teaching Grant
Mata Kuliah : Sistem Operasi Kode MK : IT-012336
Mata Kuliah Sistem Operasi
Memory Management
Latar Belakang
Swapping
Contiguous Allocation
2
Paging
Segmentation
Segmentation dengan Paging
Bab 9. Memori
Latar Belakang
•
Untuk dieksekusi program harus berada dalam
memori
• Eksekusi: proses
• Alokasi resources memori: ruang (tempat storage) untuk
3
• Alokasi resources memori: ruang (tempat storage) untuk menyimpan data, instruksi, stack dll.
•
Problem: Memori secara fisik (besarnya storage)
sangat terbatas ukurannya,
• Manajemen storage: alokasi dan dealokasi untuk proses-proses
• Utilisasi: optimal dan efisien
Bab 9. Memori
Alamat Binding
Sebelum eksekusi program berada di dalam
disk, dan saat dieksekusi ia perlu berada
pada suatu lokasi dalam memori fisik
alamat binding
adalah menempatkan alamat
4
alamat binding
adalah menempatkan alamat
relatif ke dalam adress fisik memori yang
dapat berlangsung dalam di salah satu
tahapan:
kompilasi, load
, atau
eksekusi
Tahapan Running Program
Tahapan kompilasi
: source program (source
code) dikompilasi menjadi object module
(object code)
Tahapan link & load
: object module di-link
5
Tahapan link & load
: object module di-link
dengan object module lain menjadi load
module (execution code) kemudian di-load ke
memori untuk dieksekusi
Tahapan eksekusi
: mungkin juga dilakukan
dynamic linking dengan resident library
Bab 9. Memori
Alamat Binding: Saat Kompilasi
•Jika lokasi dari proses sudah diketahui
sebelumnya maka saat kompilasi
alamat-alamat instruksi dan data ditentukan dengan
alamat fisik
6
alamat fisik
•
jika terjadi perubahan pada lokasi tersebut
maka harus direkompilasi
Bab 9. Memori
Alamat Binding: Saat Load
•
Code hasil kompilasi masih menunjuk
alamat-alamat secara relatif, saat di-load
alamat-alamat disubstitusi dengan alamat
fisik berdasar relokasi proses yang diterima
fisik berdasar relokasi proses yang diterima
•
Jika terjadi perubahan relokasi maka code
di-load ulang
Alamat Binding: Saat Eksekusi
Binding bisa dilakukan ulang selama proses
hal ini untuk memungkinkan pemindahan proses
dari satu lokasi ke lokasi lain selama run
Perlu adanya dukungan hardware untuk
Perlu adanya dukungan hardware untuk
pemetaan adress
Tahapan Pemrosesan User rogram
9 Bab 9. Memori
Ruang Alamat Logik vs. Fisik
Konsep ruang alamat logik terhadap ruang alamat
fisik adalah hal pokok dalam manajemen memori
alamat logik: alamat yang di-generate oleh CPU
(disebut juga virtual alamat)
10 Berdasarkan eksekusi program
Note: Besarnya alamat program dapat lebih besar dari kapasitas memori fisik.
alamat fisik: alamat yang dikenal oleh unit memory
alamat sebenarnya yang digunakan untuk mengakses memori.
Perlu ada penerjemahan (translasi) dari alamat logik
ke alamat fisik.
Bab 9. MemoriMemory-Management Unit
(
MMU
)
Perangkat Hardware yang memetakan alamat logik
(virtual) ke alamat fisik.
Dalam skema MMU
11 Menyediakan perangkat register yang dapat di set oleh setiap CPU: setiap proses mempunyai data set register tsb (disimpan di PCB).
Base register dan limit register.
Harga dalam register base/relokasi ditambahkan ke setiap address proses user pada saat run di memori
Program user hanya berurusan dengan address-address logik saja
Bab 9. Memori
Relokasi Dinamik menggunakan
Register Relokasi
Dynamic Loading
Rutin tidak akan di load jika tidak dipanggil (execute). Pro’s: utilisasi memory-space, rutin yang tidak dieksekusi tidak akan dipanggil (program behaviour: 70-80% dari code).
Handling execption, error, atau pilihan yang jarang digunakan.
13 Tidak perlu dukungan khusus dari OS:
Overlay: memori terbatas dan program lebih besar dari memori.
Disusun berdasarkan hirarkis dalam bentuk tree: root – branch dan leaves (misalkan root harus ada di memory, sedangkan yang lain dapat di load bergantian).
Tidak dilakukan otomatis tapi harus dirancang oleh programmer (user).
Bab 9. Memori
Dynamic Linking
Linking ditunda sampai saat eksekusi
code menjadi berukuran kecil.
Program-program user tidak perlu menduplikasi
system library
system library dipakai bersama
14 system library dipakai bersama
Mengurangi pemakaian space: satu rutin library di memory digunakan secara bersama oleh sekumpulan proses.
Contoh: DLL (dynamic linking library) Win32
Mekanisme menggunakan skema Stub
stub: suatu potongan kecil code menggantikan referensi rutin (dan cara meload rutin tsb)Bab 9. Memori
Overlay
Overlay membagi program yang besar menjadi
bagian-bagian yang lebih kecil dan dapat dimuat
dalam memori utama.
Dibutuhkan ketika proses yang ada lebih besar
dibandingkan memori yang tersedia
Diimplementasikan oleh user, tidak ada dukungan
khusus dari sistem operasi, disain program pada
struktrur overlay cukup kompleks.
Swapping
Suatu proses dapat di-swap secara temporary keluar dari memori dan dimasukkan ke backing store, dan dapat dimasukkan kembali ke dalam memori pada eksekusi selanjutnya.
Backing store–disk cepat yang cukup besar untuk mengakomodasi copy semua memori image pada semua user; menyediakan akses langsung ke memori image.
17 Roll out, roll in– varian swapping yang digunakan dalam
penjadualan prioritas; proses dengan prioritas rendah di-swap out, sehingga proses dengan prioritas tinggi dapat di-load dan
dieksekusi.
Bagian terbesar dari swap time adalah transfer time, total transfer time secara proporsional dihitung dari jumlah memori yang di swap.
Modifikasi swapping dapat ditemukan pada sistem UNIX, Linux dan Windows.
Bab 9. Memori
Skema Swapping
18 Bab 9. Memori
Contiguous Allocation
Memori utama biasanya terbagi dalam dua bagian:
Resident operating system, biasanya tersimpan di alamat memori rendah termasuk interrupt vector .
User proces menggunakan memori beralamat tinggi/besar.
19
Single-partition allocation
Relokasi register digunakan untuk memproteksi masing-masing user proses dan perubahan kode sistem operasi dan data.
Relokasi register terdiri dari alamat fisik bernilai rendah; limit register terdiri dari rentang/range alamat logik, setiap alamat logik harus lebih kecil dari limit register.
Bab 9. Memori
Dukungan Hardware untuk Relokasi dan
Limit Register
Multiple-Partition Allocation
Partisi Fixed-Sized (MFT)
Memori dibagi menjadi beberapa blok dengan ukuran tertentu yang seragam
Jumlah proses yang bisa running max hanya sejumlah blok yang disediakan(misal IBM OS/360)
21 yang disediakan(misal IBM OS/360)
Partisi Variabel-Size (MVT)
Pembagian memori sesuai dengan request dari proses-proses yang ada.
Lebih rumit karena ukuran alokasi (partisi) memori dapat bervariasi
Peranan memori manajemen semakin penting: list dari partisi yang digunakan, free dll.
Bab 9. Memori
Contoh: Multiple Allocation
22 Bab 9. Memori
Masalah pada Dynamic
Storage-Allocation
Bagaimana agar proses berukuran n dapat menempati hole yang bebas
First-fit: Mengalokasikan proses pada hole pertama yang ditemui yang besarnya mencukupi
Best-fit: Mengalokasikan proses pada hole dengan
Best-fit: Mengalokasikan proses pada hole dengan besar paling cocok (fragmentasinya kecil).
Worst-fit: Mengalokasikan proses pada hole dengan fragmentasi terbesar.
First-fit dan best-fit lebih baik dibandingkan worst-fit dalam hal kecepatan dan pemanfaatan storage.
Fragmentasi (issue)
External
(masalah variable sized partition):
Ruang memori free, namun tidak contiguous.
Hole-hole ada di antara proses-proses berturutan.
Tidak dapat digunakan karena proses terlalu
Tidak dapat digunakan karena proses terlalu
besar untuk menggunakannya.
Internal (masalah fixed size):
Paging
Membagi memori fisik ke dalam blok (
page
, frame)
dengan ukuran tertentu (fixed) yang seragam.
Memudahkan manajemen free memory (hole) yang dapat bervariasi.
Tidak perlu menggabungkan hole menjadi blok yang besar
25 Tidak perlu menggabungkan hole menjadi blok yang besar seperti pada variable partition (compaction).
OS lebih sederhana dalam mengontrol (proteksi dan kebijakan) pemakaian memori untuk satu proses.
Standard ukuran blok memori fisik yang
dialokasikan (de-alokasi) untuk setiap proses.
Ukuranya (tergantung OS): 512 byte s/d 16 KB.
Bab 9. Memori
Page Allocation
Alokasi:
Terdapat “free list” yang menyimpan informasi “frame” di memori fisik yang tidak digunakan
Tergantung besarnya proses => memerlukan n pages Alokasi frame diberikan sesuai dengan permintaan
26 Alokasi frame diberikan sesuai dengan permintaan
(demand, expand).
Implikasi:
User’s (program) view (logical address): memori dialokasikan secara sinambung (contiguous) Fakta (physical address): memori fisik tersebar
(noncontiguous) sesuai dengan frame yang dialokasikan.
Bab 9. Memori
Skema Paging
Bagaimana menjembatani antara “user’s view” dan
alokasi memori sebenarnya?
Penerjemahan (translasi) alamat logical ke alamat fisik => tugas dari OS (user/program “transparant”).
Perlu dukungan hardware (CPU) => address translation.
27
Setiap proses mempunyai informasi “pages” yang
dialokasikan oleh OS
Mapping setiap alamat logical ke alamat fisik
Issue: mekanisme mudah, cepat dan efisien.
Page table: berisi “base address” (alamat fisik) dari frame yang telah dialokasikan ke proses tsb.
Bab 9. Memori
Page table
Setiap OS mempunyai cara menyimpan page table
untuks setiap proses
Page table bagian dari setiap proses.
Page table berada di memori, saat proses tersebut
28 Page table berada di memori, saat proses tersebut
dieksekusi.
[image:7.842.111.780.46.556.2]Informasi page table disimpan oleh PCB: pointer ke page table dari proses tersebut.
Setiap kali terjadi context switch => informasi page table untuk proses yang baru harus di restore (misalkan referensi/pointer lokasi page table tsb. di memori).
Page table (h/w support)
Menggunakan “fast register”
Contoh: DEC PDP11 : 16 bit address (logical 216 ): 64K, page size 8K (213 ).
Memerlukan page table dengan: 8 entry (dapat diterapkan pada hardware register, hanya 3 bit)
Untuk komputer modern sulit menggunakan fast register
29 Untuk komputer modern sulit menggunakan fast register
Pentium : 32 bit address logical (total: 4 GB), page size (8K), maka mempunyai potensi entry: 524.288 entry.
Page table disimpan pada memori (bagian program) dengan menggunakan page table base register
Page-table base register (PTBR) : pointer ke page-table di memori.
Page-table length register (PTLR) : besarnya ukuran page table (karena tidak semua proses memerlukan ukuran page tabel max.)
Bab 9. Memori
Paging: translation
Address logik dari CPU dianggap terdiri atas dua
bagian:
Page number (p): merupakan indeks dalam tabel yang berisi base address dari tiap page dalam memori fisik Page offset (d): menunjukkan lokasi address memori
30 Page offset (d): menunjukkan lokasi address memori berdasarkan “base address” pada page tersebut.
Bab 9. Memori
Model Paging
33 Bab 9. Memori
Contoh :
Misalkan LA: 4 bits (max. logical addres: 16
lokasi)
Page size => 4 bytes (ditentukan oleh
designerOS).
34
designerOS).
2 bits: menunjuk ke alamat dari masing-masing byte dalam setiap page tersebut.
Page table: tersisa 2 bits
Max. 4 entry
Jadi setiap proses max. akan menggunakan 4 pages => mencakup seluruh alamat logical.
Bab 9. Memori
Contoh (2)
35 Bab 9. Memori
Contoh (3) :
Logical address: 11 10 (program view: 14 desimal => “o”) Page translation (physical memory allocation):
Bagian: p (index page) => base address dari frame. Binary 11 => 3 (index = 3 dari page table)
=> berisi base address untuk frame 2 di memori.
36
=> berisi base address untuk frame 2 di memori.
Bagian offset: d (displacement) Binary 10 => 2
Alamat fisik:
base address frame 2 : 2 * 4 => 8; => 8 + 2 = 10 (berisi “o”).
Frame table
OS harus mempunyai informasi “frame” dari
memori fisik:
Berapa banyak frame yang bebas?
Mana saja frame yang bebas (identifikasi) =>
37
Mana saja frame yang bebas (identifikasi) =>
frame table (list)
Informasi hubungan antara satu frame dengan
page mana dari proses yang aktif
List ini akan terus di-update, misalkan jika proses
terminate maka semua frame yang dialokasikan
akan di kembalikan ke free list.
Bab 9. Memori
Frame Bebas
38
Before allocation After allocation
Bab 9. Memori
Page size
Fragmentasi internal pada page terakhir
Tidak ada fragmentasi eksternal Fragmentasi internal bisa terjadi Worst-case:
Untuk proses yang memerlukan n page + 1 byte
bila ukuran page = 4096 byte maka akan terbuang 4095 byte / process
Besarnya ukuran pages
Independent dari program/proses (system wide) Intuitif: small pages preferable
Apakah keuntungan ukuran pages kecil?
Page table entry dapat dikurangi dengan memperbesar ukuran pages
Apakah keuntungan ukuran pages besar?
Umumnya page disesuaikan dengan kapasitas memori (tipikal) pada sistim (range: 2 – 8 Kbytes)
Implementasi Page Table
Page table disimpan di main memory.
Page-table base register (PTBR) menunjuk ke page table. Page-table length register(PRLR) mengindikasikan ukuran page table.
Pada skema ini, setiap akses data/instruksi membutuhkan Pada skema ini, setiap akses data/instruksi membutuhkan dua memori akses. Satu untuk page table dan satu untuk data/instruksi.
Masalah yang ada pada dua akses memori dapat diselesaikan dengan menggunakan cache memori
Paging Hardware dengan TLB
41 Bab 9. Memori
Multilevel Paging
Address logical besar => page table menjadi besar.
Misalkan: LA => 32 bits, dan ukuran page frame: 12 bits, maka page table: 20 bits (2^20 => 1 MB).
Page table dapat dipisah dalam bentuk pages juga, sehingga tidak semua page table harus berada di memori.
42 sehingga tidak semua page table harus berada di memori.
Address lojik terdiri atas: section number
s
, page
number
p
, offset
d
s indeks ke dalam outer page table dan p displacement dalam page table
Bab 9. Memori
Two level page table
43 Bab 9. Memori
Translation: multilevel
Proteksi Memory
Proteksi memori diimplementasikan dengan
asosiasi proteksi bit pada setiap frame
Valid-invalid
bit ditambahkan/dimasukkan pada
45
Valid-invalid
bit ditambahkan/dimasukkan pada
page table :
Bit akan diset valid jika page yang bersangkutan ada
pada area ruang alamat logika
Bit akan diset “invalid” jika page yang bersangkutan
berada di luar area ruang alamat logika.
Bab 9. Memori
Valid (v) or Invalid (i) Bit pada
Page Table
46 Bab 9. Memori
Inverted Page Table
Satu masukan untuk setiap real page dari
memori
Masukan dari alamat virtual disimpan pada
lokasi real memori, dengan informasi proses
lokasi real memori, dengan informasi proses
pada page
Penurunan memori dibutuhkan untuk
[image:12.842.104.801.29.564.2]menyimpan setiap page table, tetapi setiap
kenaikan waktu dibutuhkan untuk mencari
tabel saat pager refference dilakukan
Shared Pages
Shared code
Satu copy kode read-only (reentrant) dibagi diantara proses (contoh text editor, compiler, window system). Shared code harus dimunculkan pada lokasi yang sama pada alamat logik semua proses.
49 pada alamat logik semua proses.
Private code dan data
Setiap proses menyimpan sebagian copy kode dan data. Page untuk kode private dan data dapat ditampilkan dimana saja pada ruang alamat logik.
Bab 9. Memori
Contoh Shared Pages
50 Bab 9. Memori
Segmentasi
Skema pengaturan memori yang mendukung user
untuk melihat memori tersebut..
Sebuah program merupakan kumpulan dari
segment. Sebuah segement berisi unit logik seperti:
main program,
51
main program, procedure, function, method, object,
local variables, global variables, common block,
stack,
symbol table, arrays
Bab 9. Memori
User View Program
Pandangan Logik Segmentasi
1
2
1 4
53
3
2
4 2
3
user space physical memory space
Bab 9. Memori
Arsitektur Segmentasi
Alamat logik terdiri dari dua tuple:
<segment-number, offset>,
Harus diset oleh programmer atau compiler untuk menyatakan berapa besar segment tersebut
Implikasi: segment bervariasi besarnya (bandingkan
54 Implikasi: segment bervariasi besarnya (bandingkan dengan page table: fixed dan single/flat address space => hardware yang menentukan berapa size)
Segment table
– mapping dari LA ke PA
base table – berisi lokasi awal dari physical address dimana segment berada di memori.
limit table – berisi panjang (besar) dari segmen tersebut.
Bab 9. Memori
Arsitektur Segmentasi (Cont.)
Relokasi.
Dynamic
Melalui segment table
Sharing.
Sharing.
Shared segments
Nomor segment yang sama
Alokasi.
first fit/best fit
external fragmentation
Contoh Segmentasi
57 Bab 9. Memori
Sharing of Segments
58 Bab 9. Memori
Segmentasi Paging
Intel 386
Logical address (32 bits) dibagi atas 2:
Selector: Segment: S (13 bits), Descriptor Table (1 bit: Local or Global); Protection ( 2 bits)
Offset: 16 bits
59 Offset: 16 bits
Melalui Descriptor table
Selector menentukan entry pada table, melihat protection, dan menguji limit (tabel berisi informasi limit)
Menghasilkan linear address: Base address segment + offset
Logical Linear address: paging (besar page: 4 K), 2 level (10 bits untuk direktori dan 10 bits untuk page number), offset: 12 bits. Bab 9. Memori
